안녕하세요, 송송입니다. 저번 시간에는 플라즈마를 이용한 식각 시 플라즈마에 의해 부식 및 침식으로 인한 오염입자가 발생하고, 오염입자는 수율에 큰 영향을 미치고 있기 때문에 현재 큰 이슈중 하나라고 말씀드렸습니다. 이번 시간에는 전력 반도체에 대해 간단히 알아보도록 하겠습니다.!
1. 전력반도체란?
- 전력을 사용하는 모든 기기에서 전원 또는 배터리로부터 공급되는 전력을 자동차, 조명, 노트북, 스마트폰 등 다양한 시스템이 필요로 하는 전압과 전류 수준으로 변환하고 시스템 전체의 작동 여부 및 성능을 경정짓는 핵심 부품입니다.
* 파워반도체라고도 불리웁니다.
현재 전력반도체는 전기자동차, 태양광 등에 적용되고 있고, 우리가 매일 사용하는 전자제품에 다 적용되고 있습니다.
특히, 4차 산업혁명으로 인한 사물인터넷(IoT), 자율주행, 항공우주, 5G 등 수요가 크게 늘고 있습니다.
전력반도체(Power semiconductor)는 일반적으로 우리가 부르는 메모리 반도체와 조금 상이한데요, 전력반도체의 경우, 감당하는 전압이 높고 전류용량이 큽니다.
그럼 왜 전력반도체의 수요가 늘고 있을까요?
▶ 점차 전력을 사용하는 전자제품들이 다양해지고 업그레이드 됨에따라 저전력으로도 제품들의 사용 시간을 늘리는 것에 대한 필요성이 높아지고 있음
→ 사람도 그렇죠? 사원 한명 뽑는데, 유능한 사원 1명 뽑으면 더 좋은것 처럼요..
▶ 전기자동차 판매량의 증가 때문. 불과 5년 전까지만 해도 전기차 시장이 이렇게 커질것이라고는 예상하지 못했을겁니다. 현재, 국내 기업뿐만 아니라, 글로벌적으로 전기자동차가 발전하게 되면서 자연스럽게 전력반도체에 대한 수요가 커지고 있습니다.
전기자동차의 원동력인 배터리에 사용되고 있습니다. 이때, 배터리가 전력을 공급하고 배분하는 과정에서 발생하는 필연적 전력손실을 최소화하기 위함입니다.
조금만 생각해보면 우리는 전자제품 없이는 살아갈수 없는 몸이 되어버렸죠.. 그만큼 우리는 반도체와 친해져야합니다.
2. 전력반도체 종류
1) 탄화수소(SIC)
- SIC는 실리콘(Si)과 탄소(C) 1:1로 구성된 화합물 반도체 재료입니다. 이는 다이아몬드 다음으로 단단하고 실제 다이아
몬드처럼 투명한 것이 특징입니다
- Breakdown voltage는 실리콘의 약 10배 우수하고, 에너지 밴드갭은 실리콘의 3배 높습니다.
- 디바이스 제작에 필요한 P형, N형의 제어가 넓은 범위에서 가능하기 때문에 실리콘의 한계를 뛰어넘는 소재라 할수 있
겠습니다.
전기자동차 대표 브랜드(?) T사는 2017년부터 SIC MOSFET을 자사 전기자동차 Model3에 도입했다고 하네요..
▶ 장점
- 150℃ 이상의 고온에서 동작 가능함
- 고주파에서 동작 가능함
- 소자로 제작할시 전력 손실이 적음
- 실리콘의 10분의 1 두께로 같은 전압을 견딜 수 있음
▶ 단점
- 높은 Cost
- Defect을 최소화해야함(안정성이 낮음)
- SIC는 매우 단단하기 때문에 확산기술을 적용하기 어려움
- 실리콘에 비해 산화막(SiO2)를 키우는데 시간이 오래 걸림
2) 질화갈륨(GaN)
- 기존의 Si 반도체 공정과의 호환성이 우수하고 고속 동작과 소형 제작에 유리합니다. 질화갈륨 반도체의 경우, SiC보다 훨신 안정적인 결합 구조와 더 높은 Breakdown voltage를 갖기 때문에 전원 공급 장치 및 고주파 응용에 적용되고 있습니다.
SiC와 GaN은 화합물 반도체라고도 불리우는데요, 화합물 반도체에 관련해서는 이전 포스팅을 참고해주세요!
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현재 SiC 및 GaN과 같은 차세대 전력반도체는 우수한 장점을 갖지만 현재까지 상용화 단계에 있습니다. 물론 부분 상용화가 이루어졌기 때문에 적용이 되었지만, 아직까지 두 소재를 완전히 컨트롤하는 단계는 아닙니다.
현재 전기차 배터리 시장이 매우 확대됨에 따라 여럿 선진국들이 앞다투어 전력반도체 소재에 대한 연구/개발을 거쳐 더 우수한 제품으로 우리들에게 다가올 예정입니다.
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요즘 국내에서도 배터리쪽에 대한 주가가 크게 올라 모든 분들이 관심 갖고 계실텐데요, 저도 배터리를 잘 모르지만서도, 기회가 된다면 한번 같이 알아보도록 하겠습니다.